Спосіб монтажу подової секції електролізера для одержання алюмінію

1. Способ монтажа подовой секции элек тролизера для получения алюминия, вклю чающий нанесение контактного слоя на поверхность паза углеродистого блока, уста новку металлического токоподводящ его стержня в пазу и заливку его чугуном, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что предварительно на поверхности паза блока выполняют углубле ния, всю поверхность паза нагревают до 900-1500°С, в качестве контактного слоя ис пользуют материал с электропроводностью больше, чем у углеродистого материала, по сле нанесения контактного слоя его рас плавляют и производят механическую обра ботку. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что процесс расплавления и пропитки поверхности паза блока выполняют как в окислительной атмосфере, так и в атмосфе ре инертных газов. 3. Способ по п.п. 1,2, о т л и ч а ющ ий с я тем, что процесс расплавления контакт ного материала и пропитки им поверхности паза блока осуществляют с помощью злектродуговото источника тепла. 4. Способ по п.З, о т л и ч а ю щ и м с я тем, что в качестве электродугового источни ка тепла применяют сэободногорящую дугу с самоспекающимся термохимическим като дом. 5. Сп особ п о п.п. 1-4, о тлич ающ ий с я тем, что пропитку поверхности паза бло ка осуществляют контактным материалом, представ ляющ им собой ме та ллический сплав на основе металла высокой электро проводности, например, меди с карбидообразующ ими элемен там и, например, подгруппы титана. О Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к производству алюминия электролизом расплавленных солей и касается способа монтажа катодного устройства алюминиевого электролизера. Известен спос об монтажа подовой сек ции алюминиевого электролизера, состоящей из углеграфи тового блока с пазом на одной из его поверхностей, и токоподводящего стержня, включающий установку и за крепление токоподводящего стержня в пазу углеграфитового блока путем заливки чугуна Угяеграфитовый блок выполнен с на клонными сквозными каналами, расположенными под углом 10-40° относительно 6532 горизонтальной плоскос ти и вых одящ ими в своей нижней час ти на горизонтальную по верхнос ть паза блока, при э том каналы за п о л н ен ы тв е рд ы м то к о п р ов о д ящ им материалом с температурой плавления 600- 5 900°С. В качес тве такого материала исполь зу етс я алюм иний. П ри о бжиге и пу с ке электролизера, под ина, собранная из катод ных с екций, прогревается и. по дос тижении температу ры плавления токопод водящ его 10 материала, пос ледний самопроизвольно за полняет зазор между горизонтальной по верх нос тью паза блока и чугунной заливкой, создавая на э том учас тке д ополнительный токопроводящий с лой. 15 Од нак о выполнение с квозных отверстий в теле блока сниж ает его механическую прочнос ть. К тому же, проникновение алюминия в зазор между чу гу нной залиокой и углегра фитовым блоком не привед ет к знэ - 20 чительному с нижению э лектрос опротивления в этом контакте. Это объясняется тем что. в этих условиях (температу ра процесса электролиза ~960°С) алюминий не будет смачивать углегра фит, проникать в ег * поры, то 25 ес ть образовывать над ежный контакте низким электросопротивлением между блоком и токопод вод ящ им с тержнем, пос кольку процесс смачивания алюминием углеграфитооых материалов начинается при темпера- 30 туре выш е 1100°С. Наиболее близким по тех нической сущ нос ти, принятым в качес тве прототипа, явля етс я с пос об с оед ин ени й у гл ерод ис тых изделий с железом или железными сплава- 35 ми [2]. Способ заключается в том, что повер хнос ть углеродис того изд елия покрывают прокладкой из металлов или их сплавов (цирконий, титан, молибд ен и д ругие), а за тем э ту прок ладку соединяют с железом или 40 железными сплавами. Данный способ осу ществляю т в неокислительной атмос фере (вакуум, аргон), а нагрев осуществляю т ин дукционным или э лектроннолучевым спосо бом. 45 Однако э тот с пос об не может быть ис пользован при с борке под овых секций, имеющ их значительные линейные размеры (400x 550x2200 мм). Поскольку данный способ выполним лишь а.неокис лительной ат- 50 мос фрре, то для его реализации необходимы герметичные камеры огромных размеров д ля размещения в них катод ных с екций. Нагрев поверхнос ти блока, нанес ение прок ладки и контактирование ее с железом 55 будут происходить чрезвычайно долго, что д елает этот способ экономически неэ ффективным при сборе подовых секций. В основу изобретения пос тавлена задача у с оверш енс твовать с пос об монтажа под овой с екции э лектролизера д ля получения алюминия пу тем обработки поверх нос ти паз а б лока так , чтоб ы об ес печ и ть образование над ежного неразъемного соединения и снижение переходного э лектросопротивления между блоком и чугуном, что приводит к снижению расхода э лектроэ нергии. Пос тавленная зад ача реш ается тем, что в способе монтажа подовой секции э лектролизера д ля получения алюминия, включающ ем на н ес е н ие к о н та к тн ог о с л о я н а поверх нос ть паза углерод ис того блока, установку мета лличес кого токопод вод ящ его стержня в пазу и заливку его чугу ном, с огласно изобретению, предварительно на пове рх н ос ти п аз а б л ок а в ы п о л ня ю т углу бления, всю поверх нос ть паза нагревают д о 900-1500°С, в качес тве контактного слоя используют материал с электропроводностью больше, чем у углеродис того матери- . ала, пос ле нанес ения контактного с лоя его расплавляют и производят мех аническу ю обработку. Расплавление контактного материала и пропитку поверх нос ти паза блока проводят как в инертной газовой атмос фере, так и в окис лительной атмос фере, например, на воздухе. Расплавление контактного материала и пропитку им поверх нос ти паза блока осущес твляю т с помощью электродугового ис точника тепла, в качес тве э лектродугового ис точник а тепла применяют свобод но гор ящ у ю д у гу с с а мо с п ек а ющ и мс я термох имическим катодом. Пропитку поверхнос ти паза блока осущес твляют контактным материалом, пред ос тавляющим собой сплав на ос нове металла выс окой э лектропровод нос ти, например, мед и или алюминия, с карбидообразующими э лементами, например, подгруппы титана. Осущес твляют с пос об таким образом: на поверх нос ти паза блока выполняют уг лубления, всю поверх нос ть, паза нагреваю т п до 900-1500 С, в качес тве контактного с лоя используют материал с э лектропровод ностью больше, чем у углерод ис того материала, который хорош о рас творяется в чугуне, пропитывает графи т, затем рас плавляют контактный материал и осущес твляю т пропитку поверх нос ти паза блока, позволяет дос тичь того, что, проникая в поры и несплош нос ти расплавленный материал обес печ ив а е т з н ач и те ль но е у в е л ич ен и е ис тинной поверх нос ти с оприкос новения и образование над ежного контакта между материалом контактного с лоя и блоком. В ыполнение глух их отверс тий на поверх нос ти паза блока с пос обс тву ет увеличению контакта углеграфитового материала и контакт 6532 При ногреве поверхности пзза блока до температуры выше 1500°С происходит выго рание компонентов углеродистого блока, что влечет за собой образование сажи, которая будет закрывать открытые поры и препятствовать пропитке углеродистого блока Способ осуществляется следующим образом. На поверхности паза блока выполняют углубления. Затем производят нагрев поверхности паза блока до температуры 9001500°С и наносят слоі. контактного материала. При помощи электродугового источника тепла расплавляют контактный материал и осуществляют пропитку поверхности паза блока. После окончания процесса пропитки производят механическую обработку открытой поверхности нанесенного слоя, например, пескоструйным аппаратом, в паз блока устанавливают токоподводящий стержень и заливают зазор между ним и блоком чугуном. Таким образом, осуществляется контакт с малыми переходными сопротивлениями в цепочке "чугун - контактный слой - углеродистый блок". На поверхности паза углеродистого блока 1800x400x550 марки ПБУ (ТУ 48-12-2185), выполняли углубления диаметром 20 мм и глубиной 60 мм. Поверхность паза нагревали до температуры 1200°С и на нее наносили слой контактного материала путем его расплавления и поверхностной пропитки паза блока, после чего производили механическую обработку металлической щеткой открытой поверхности н анесенно го контактного сплава. Весь процесс расплавления и пропитки проводили при помощи электродугового источника тепла на основе самоспекающегося термохимического катода в атмосфере воздуха на токе 400-500 А (источник тока ВДУ-506). В качестве основных компонентов контактного сплава использ ова ли медь и д обавки карбидообразующих элементов подгруппы титана. После зачистки поверхности паза блока устанавливали стальной токоподводящий стержень (блюмс) (3800x115x230) и заливали Применение в качестве материала кон тактного слоя сплавов на основе металлов с свободное пространство между блюмсом и высокой электропроводностью (медь) и до- 50 углеродистым блоком контактным заполнибавками, обладающими хорошими карбидотелем-чугуном марки ЛК-1 (ГОСТ 4832-72). образующими свойствами, например, Результаты замеров приведены s таГ>ли титана, обеспечивает максимальную глуби- це. ну пропитки в условиях электродугового на На основании результатов, приоеденгрева. 55 ных в таблице, можно сделать следующие выводы: Если производить нагрев поверхности паза блока до температуры ниже 900°С, то в 1. Предварительный нагрев поверхноэтом случае не обеспечивается достаточного сти паза углеродистого бпока ниже заявляесмачивания подового блока контактным сломого предела температур ведет к ем и необходимой пропитки. увеличению переходного электросопроншного слоя с хорошей электропроводностью, а также приближает этот слой к рабочей поверхности катодного блока, т.е. снижает падение напряжения в блоке. А благодаря хорошей взаимной растворимости материа- 5 лэ контактного слоя и чугуна между ними образуется надежное неразъемное соединение. Таким образом, достигается снижение переходного электросопротивления между блоком и чугуном, а, следовательно, эконо- 10 мия электроэнергии. Расплавление контактного материала и пропитку им поверхности паза блока осуще ствляют с помощью электродугового источ ника тепла, в качестве которого применяют 15 свободно горящую дугу с самоспекающимся термохимическим катодом. Электрическая дуга, горящая между катодом и нагревае мым изделием, отличается от известных дуг на порядок меньшим градиентом напряже- 20 ния в столбе дуги, высокой самостабилиза ции горения, полным отсутствием шумового эффекта и, главное, "мягким", стелящимся по поверхности нагреваемого изделия факе лом раскаленных газов столба дуги. 25 Применение электродугового источника тепла позволяет проводить процесс расплавления и пропитки контактного слоя без чрезмерного перегрева поверхности углеграфитового блока, а также материала слоя, 30 что не приводит к значительному испарению его компонентов, изменению состава и ухудшению способности пропитывать углеродистые материалы. Применение других известных электродуговых источников теп- 35 ла не обеспечивает указанных требований. Так, использование плазменного нагрева, характеризующегося высокой концентра- ' цией мощности, вкладываемой в нагреваемое изделие, приводит к существенному 40 изменению состава материала контактного слоя и уменьшению глубины пропитки. Применение угольной дуги приводит к науглероживанию материала контактного слоя в процессе расплавления, что также ухудшает 45 пропитку. 7 6532 ления в мес те контакта, вследствие недос тасимальное у меньш ение переход ного э лектточной глу бины проникновения сплава в угрос опротивления (примеры 2-4, 6-Ю). леродис тый материал (пример 1). 5. Рас плавление и пропитка поверх но 2. Проведение предварительного нагрева с ти паза у глерод ис того блока контактным поверхнос ти паза блока выш е заявляемых 5 сплавом о окис лительной и инертной атмоспределов приводит к резкому увеличению пе фере обеспеч ивает уменьшение переходнореходного электросопротивления D контакт го э лектрос опротивления (п римеры 2 -4, ном с оед инении " блюмс -блок". Увеличение 6-10, пример 11). переходного э лектросопротивления связано 6. Мех аническая зачис тка открытой пос перегревом поверхнос ти паза, в результате 10 верх нос ти контактного с лоя привод ит к чего образуется сажа, которая препятс твует у меньш ению перех од ного э лектрос опропроникновению в поры и несплошносі и мате тивления в мес те контакта " блюмс -блок " риала контактного сплава (пример 5). (примеры 1-10). 3. Проведение предварительного нагре Пред ложенная с овоку пнос ть операций ва поверхнос ти паза углерод ис того блока в 15 о бес печ ивае т мак с има льну ю э кон омию заявляемых пред елах, оед ет к оптимально электроэнергии пу тем снижения переходному уменьшению перех одного электросопрого электросопротивления, а незначительное тив л ения 8 к онтак тн ом с оед инен ии увеличение с тоимос ти под ового блока за "блюмс -блок" (примеры 2-4). счет ус ложнения тех нологии процесс а под 4. В ыбранные ос новные компоненты 20 готовки под овых блоков и повыш ения его контактного сплава обеспеч ивают пропитку тру доемкос ти оку паетс я экономией э лектповерх нос ти паза блока и, тем самым, мак -. роэ нергии. Результаты замеров удельного электросопротивления углеродис тых блоков пп Температура предварительного нагрева поверхности паза углерод. блока, Атмосфера Основные компоненты контактного сплава Cu-Ti Cu-Zr Cu- Ti той поверхности контактного сплава °С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 800 900 1200 1500 1650 1200 1200 1200 1200 базовый вариант Наличие механической обработки откры воздух то ж е - -"— " ~ _"_ ~"~ аргон воздух аргон + + + + + + + _ _ 4 + + + + + + + + + Уд. электрос опр. в контактном с оединении .углеродист. блок блюмс, МкОм 195 160 100 160 200 120 130100 170 230 Г р и м е ч а н и е : +наличие а предлагаемом варианте опред еленного сплава или тех нологической операции - отсу тс твие в пред лагаемом варианте определенного с ос тава сплава или технологической операции 6532 Упорядник Замовлення 632 Техред М Моргентал Коректор Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП Київ-53. Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м Ужгород, вул Гагаріна, 101